在上一篇文章中，我們介紹了控制器，今天我們就來(lái)說(shuō)一說(shuō)傳感器。

傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。

傳感器的特點(diǎn)包括：微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器的存在和發(fā)展，使得機(jī)器人有了觸覺(jué)、味覺(jué)和嗅覺(jué)等感官，讓其慢慢變得活了起來(lái)。通常根據(jù)其基本感知功能分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。

傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、變換電路和輔助電源四部分組成，如圖1 所示。

圖1 傳感器的組成

敏感元件直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量有確定關(guān)系的物理量信號(hào)；轉(zhuǎn)換元件將敏感元件輸出的物理量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；變換電路負(fù)責(zé)對(duì)轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)制；轉(zhuǎn)換元件和變換電路一般還需要輔助電源供電。

如果說(shuō)在機(jī)器人領(lǐng)域，控制器是機(jī)器人的大腦，那么傳感器就是機(jī)器人的五官：

光敏傳感器——視覺(jué)

聲敏傳感器——聽覺(jué)

氣敏傳感器——嗅覺(jué)

化學(xué)傳感器——味覺(jué)

壓敏、溫敏、流體傳感器——觸覺(jué)。下面小編就為大家介紹幾款傳感器，按輸出信號(hào)來(lái)分，可分為模擬傳感器和數(shù)字傳感器，本篇只介紹模擬傳感器。

一、光敏傳感器

光敏傳感器是最常見的傳感器之一，它的種類繁多，主要有：光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏三極管、紅外線傳感器、色彩傳感器、CCD、CMOS圖像傳感器等。接下來(lái)小編為大家介紹幾款常用的光敏模擬傳感器。

1、紅外火焰?zhèn)鞲衅?/span>：

圖2 紅外火焰?zhèn)鞲衅?/span>

該火焰?zhèn)鞲衅骺梢杂脕?lái)探測(cè)火源或其他一些波長(zhǎng)在760~1100納米范圍的熱源，探測(cè)角度達(dá)60度，其中紅外波長(zhǎng)在940納米附近時(shí)，其靈敏度達(dá)到最大。此火焰?zhèn)鞲衅髟跍缁饳C(jī)器人比賽或者搜救機(jī)器人比賽中起著非常重要的作用，它可以當(dāng)作機(jī)器人的眼睛來(lái)尋找火源或光源足球，結(jié)合Arduino控制器與傳感器擴(kuò)展板，可以用來(lái)制作滅火機(jī)器人、足球機(jī)器人等?；鹧?zhèn)鞲衅魈筋^工作溫度為-25攝氏度~85攝氏度，在使用過(guò)程中一定要注意火焰?zhèn)鞲衅魈筋^離火焰的距離不能太近，以免造成損壞。

傳感器參數(shù)：

1. 工作電壓 ：+5v

2. 信號(hào)類型：模擬信號(hào)

3. 工作環(huán)境：-25~+85℃

4. 存儲(chǔ)溫度：-30~+100℃

5. 接收波長(zhǎng)：760納米-1100納米

6. 下面為火焰?zhèn)鞲衅鲗?shí)測(cè)數(shù)據(jù)，一根蠟燭為火源，室內(nèi)正常日光燈環(huán)境實(shí)測(cè)：

無(wú)火源時(shí)，對(duì)著日光燈：

0.35V-0.12V

有火源時(shí)，傳感器與其距離：

10cm: 4.99V

30cm：4.83V

50cm：3.2V

70cm：1.89V

90cm：1.01V

100cm：0.83V

圖3 火焰?zhèn)鞲衅鲬?yīng)用在森林防火

因?yàn)槌跗诨鸬臒岷蜔熾y以到達(dá)空間很高的場(chǎng)所，如劇場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)、飛機(jī)庫(kù)等，感煙、感溫傳感器并不適用。感煙、感溫傳感器也不適用于石油精煉工場(chǎng)等屋外監(jiān)視、森林火災(zāi)、輸送空氣用的管道內(nèi)的火花監(jiān)視，以及高速公路隧道里車輛的火焰監(jiān)視。因此在特殊場(chǎng)所為預(yù)防火災(zāi)需要使用火焰?zhèn)鞲衅?。特此說(shuō)明，此火焰?zhèn)鞲衅饕资軣艄?、太?yáng)光影響，使用時(shí)需做特殊處理。

2、光線傳感器：

圖4 光線傳感器模塊

圖5 光線傳感器

光線傳感器是基于半導(dǎo)體的光電效應(yīng)原理所開發(fā)的，其可用來(lái)對(duì)周圍環(huán)境光的強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)合各種單片機(jī)控制器可實(shí)現(xiàn)光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換等功能，此傳感器3P插針接口，可通過(guò)3P傳感器連接線與傳感器擴(kuò)展板結(jié)合使用，可以制作光感相關(guān)的互動(dòng)作品。

傳感器參數(shù)：

1.供電電壓： 3.5~5V

2.工作環(huán)境： -25~+85℃

3.儲(chǔ)存溫度： -30~+100 ℃

圖6 光電傳感器示意圖

圖7 伏安特性曲線

光線傳感器，可以檢測(cè)光。它們體積小，價(jià)格低廉，低功耗，易于使用，也不磨損。他們經(jīng)常出現(xiàn)在玩具、小家電和電器中。他們也經(jīng)常被稱為光敏電阻（LDR）。

光電管基本上是一個(gè)電阻，光照在彎曲的電阻可以改變其電阻值。它們的成本很低，容易得到各種尺寸和規(guī)格。每個(gè)光電傳感器會(huì)稍微不同于其他傳感器，即使它們是同一批。變化也是很大的，50%甚至更高！因?yàn)檫@個(gè)原因，它們不應(yīng)該被用來(lái)試圖確定照度或亮度發(fā)光精密光水平。相反，你只能期待確定基本的光的變化量。

圖8 應(yīng)用在手機(jī)的光線傳感器

從2002年的諾基亞7650(7650還帶有揚(yáng)聲器感應(yīng))開始，便有了光線傳感器，它的好處就是可以根據(jù)手機(jī)所處環(huán)境的光線來(lái)調(diào)節(jié)手機(jī)屏幕的亮度和鍵盤燈。

二、聲音傳感器

接下來(lái)小編再為大家介紹幾款跟聲音有關(guān)的傳感器。

1、模擬聲音傳感器：

圖9 模擬聲音傳感器模塊

此聲音傳感器是由一個(gè)小型駐極體麥克風(fēng)和運(yùn)算放大器構(gòu)成。它可以將捕獲的微小電壓變化放大100倍左右，能夠被微控制器輕松的識(shí)別，并進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，輸出模擬電壓值，使得只需采集模擬量電壓就可以讀出聲音的幅值，判斷聲音的大小。

圖10 聲音傳感器DIY的聲控小車

聲音傳感器的應(yīng)用非常廣泛，包括大家眾所周知的而且每天晚上都能用到的聲控?zé)?，它的開關(guān)就是傳說(shuō)中的聲控傳感器。還有上面的這臺(tái)小車，它是利用聲音傳感器能夠感受聲音并轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的原理制作而成的，當(dāng)掌聲較為熱烈（檢測(cè)到聲音音量較高）時(shí)控制器會(huì)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得小車向前運(yùn)動(dòng)，利用聲音傳感器還能制造很多有意思的DIY產(chǎn)品，大家說(shuō)是不是很有趣呢。

2、聲敏傳感器：

圖11 聲敏傳感器

聲敏傳感器是一種用于流量檢測(cè)的傳感器，該傳感器接線時(shí)可帶電設(shè)定，在高/低靈敏度的量程模式下操作。高靈敏度量程適用于在40db 波動(dòng)的高頻信號(hào)。低靈敏度量程應(yīng)用于在28db到68db波動(dòng)的高頻信號(hào)。該傳感器還可通過(guò)外部電源進(jìn)行供電。

聲敏傳感器應(yīng)用：

聲敏傳感器帶有一個(gè)模擬輸出，用于配合控制設(shè)備的使用。該傳感器通過(guò)提供外部電源，可獨(dú)立于控制設(shè)備，獨(dú)自進(jìn)行操作。其輸出信號(hào)送入控制面板、圖表記錄儀、數(shù)據(jù)記錄儀或帶有合適輸入的可編程邏輯控制器。主要應(yīng)用于固體流量探測(cè)。同時(shí)，該設(shè)備也可用于水泵氣蝕和液體泄漏的檢測(cè)，然后產(chǎn)生足夠的聲音報(bào)警。

三、氣敏傳感器

氣敏傳感器是一種檢測(cè)特定氣體的傳感器。它主要包括半導(dǎo)體氣敏傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感器和電化學(xué)氣敏傳感器等，其中用的最多的是半導(dǎo)體氣敏傳感器。氣敏傳感器的應(yīng)用主要有：一氧化碳?xì)怏w的檢測(cè)、瓦斯氣體的檢測(cè)、煤氣的檢測(cè)、氟利昂（R11、R12）的檢測(cè)、呼氣中乙醇的檢測(cè)、人體口腔口臭的檢測(cè)等等。它將氣體種類及其與濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，根據(jù)這些電信號(hào)的強(qiáng)弱就可以獲得與待測(cè)氣體在環(huán)境中的存在情況有關(guān)的信息，從而可以進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警；還可以通過(guò)接口電路與計(jì)算機(jī)組成自動(dòng)檢測(cè)、控制和報(bào)警系統(tǒng)。

工作原理：聲表面波器件之波速和頻率會(huì)隨外界環(huán)境的變化而發(fā)生漂移。氣敏傳感器就是利用這種性能在壓電晶體表面涂覆一層選擇性吸附某氣體的氣敏薄膜，當(dāng)該氣敏薄膜與待測(cè)氣體相互作用（化學(xué)作用或生物作用，或者是物理吸附），使得氣敏薄膜的膜層質(zhì)量和導(dǎo)電率發(fā)生變化時(shí)，引起壓電晶體的聲表面波頻率發(fā)生漂移；氣體濃度不同，膜層質(zhì)量和導(dǎo)電率變化程度亦不同，即引起聲表面波頻率的變化也不同。通過(guò)測(cè)量聲表面波頻率的變化就可以獲得準(zhǔn)確的反應(yīng)氣體濃度的變化值

下面小編帶大家看一下幾款氣體傳感器。

1、酒精傳感器：

圖12 酒精傳感器

此款酒精傳感器采用MQ-3型氣敏元件，其對(duì)酒精的靈敏度高，可以抵抗汽油、煙霧、水蒸氣的干擾，很靈敏的檢測(cè)到空氣中的乙醇?xì)怏w。MQ-3型氣敏元件所采用的材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫（SnO2）。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在酒精蒸發(fā)氣體時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中酒精氣體濃度的增加而增大。因此可通過(guò)3P傳感器連接線直接插接到Arduino傳感器擴(kuò)展板上，通過(guò)Arduino控制器編程方便使用，結(jié)合蜂鳴器模塊與繼電器模塊，可以制作酒精報(bào)警器、酒精濃度測(cè)試儀等產(chǎn)品。用途：用于機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藛T是否酗酒及其它嚴(yán)禁酒后作業(yè)人員的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)；也用于其它場(chǎng)所乙醇蒸氣的檢測(cè)。

酒精傳感器參數(shù)：

1. 探測(cè)范圍：10-100ppm酒精

2. 特征氣體：125ppm酒精

3. 加熱電壓：5±0.2V（AC·DC）

4. 回路電壓：≤24V DC

5. 負(fù)載電阻：可調(diào)

6. 清潔空氣中電壓：≤1.5V

7. 靈敏度：Rin air/Rin typical gas≥5

8. 恢復(fù)時(shí)間：≤30S

圖13 酒精傳感器制成的酒精檢測(cè)儀正在檢測(cè)酒駕

資料顯示，目前我國(guó)每年因駕駛員酒后駕車所導(dǎo)致的交通事故有25萬(wàn)余起，造成約5萬(wàn)人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失近13億元。同時(shí)，隨著汽車保有量的快速增加，酒后駕駛導(dǎo)致的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失還在呈上升趨勢(shì)。酒后駕車容易發(fā)生交通事故，為了減少或杜絕這種現(xiàn)象,通常是采用呼氣酒精測(cè)試儀對(duì)駕駛?cè)藛T進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè),以確定駕駛?cè)藛T是否飲酒。目前,市場(chǎng)上警用酒精測(cè)試儀種類繁多、功能強(qiáng)大、靈敏度高,內(nèi)部多采用酒精傳感器，由交警人員來(lái)實(shí)施,可以有效的警覺(jué)人們酒后駕車。

不僅僅是這樣，現(xiàn)在很多的高級(jí)汽車內(nèi)自帶酒精檢測(cè)裝置，位于方向盤中心處，開車前如果你的呼吸中酒精含量高于標(biāo)準(zhǔn)值，它就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒你不要酒駕。所以說(shuō)酒精傳感器的用處是很重要的。

2、煙霧傳感器：

圖14 煙霧傳感器

此款煙霧傳感器采用MQ-2型氣敏元件，可以很靈敏的檢測(cè)到空氣中的煙霧以及甲烷氣體。通過(guò)3P傳感器連接線連接控制器，結(jié)合蜂鳴器模塊與繼電器模塊，可以制作煙霧報(bào)警器、甲烷泄漏報(bào)警器、自動(dòng)煙霧排風(fēng)機(jī)等產(chǎn)品，是使室內(nèi)的空氣達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的理想傳感器。

MQ-2氣體傳感器參數(shù)：

1. 輸入電壓：5V

2. 工作電壓：5V

3. 加熱電壓：5V（AC或DC）

4. 負(fù)載電阻：5K（可調(diào)）

5. 回路電壓：≤24V

6. 響應(yīng)時(shí)間：≥10s

7. 恢復(fù)時(shí)間：≤30s

8. 元件功耗：≤7W

9. 數(shù)據(jù)類型：模擬輸出

圖15 室內(nèi)煙霧傳感器

家庭、公共娛樂(lè)、辦公、倉(cāng)庫(kù)等場(chǎng)所中很容易引發(fā)火災(zāi)?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)于及早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)和對(duì)火災(zāi)進(jìn)行早期的撲滅，最大化地減小火災(zāi)造成人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失及不良的社會(huì)影響起著重要的作用。

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)主要由觸發(fā)器件、火災(zāi)報(bào)警裝置、以及聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)等組成。觸發(fā)器件包括感煙探測(cè)器、感溫探測(cè)器。感煙探測(cè)器是主要由煙霧傳感器構(gòu)成，可以很靈敏的檢測(cè)到空氣中的煙霧，應(yīng)用于火災(zāi)探測(cè)報(bào)警器。

三、其他幾款常用的模擬傳感器：

1、壓力傳感器：

圖16 壓力傳感器

壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，一般普通壓力傳感器的輸出為模擬信號(hào)，模擬信號(hào)是指信息參數(shù)在給定范圍內(nèi)表現(xiàn)為連續(xù)的信號(hào)。 或在一段連續(xù)的時(shí)間間隔內(nèi)，其代表信息的特征量可以在任意瞬間呈現(xiàn)為任意數(shù)值的信號(hào)。而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。其可用于機(jī)械手末端夾持器感測(cè)夾持物品有無(wú)，仿生機(jī)器人足下行走地面感測(cè)，動(dòng)物咬力測(cè)試生物實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用范圍及其廣泛。

圖17 蜥蜴咬力實(shí)驗(yàn)

2、水位傳感器：

圖18 水位傳感器

此傳感器是一款簡(jiǎn)單易用、小巧輕便、性價(jià)比較高的水位/水滴識(shí)別檢測(cè)傳感器，其是通過(guò)具有一系列的暴露的平行導(dǎo)線線跡測(cè)量其水滴/水量大小從而判斷水位。水位傳感器輕松完成水量到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換，輸出的模擬值可以直接被程序中函數(shù)所應(yīng)用，達(dá)到水位報(bào)警的功效，低功耗，靈敏度高是其一大特點(diǎn)。配合Arduino 控制器可直接插接到傳感器擴(kuò)展板上進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，效果更加明顯。

圖19 水位傳感器測(cè)水位實(shí)驗(yàn)

類似此類水位傳感器的各種特定液位傳感器廣泛用于水廠、煉油廠、化工廠、玻璃廠、污水處理廠、高樓供水系統(tǒng)、水庫(kù)、河道、海洋等對(duì)供水池、配水池、水處理池、水井、水罐、水箱、油井、油罐、油池及對(duì)各種液體靜態(tài)、動(dòng)態(tài)液位的測(cè)量。

3、土壤濕度傳感器：

圖20 土壤濕度傳感器

這是一個(gè)簡(jiǎn)易的水分傳感器可用于檢測(cè)土壤的水分，當(dāng)土壤缺水時(shí)，傳感器輸出值將減小，反之將增大。使用這個(gè)傳感器制作一款自動(dòng)澆花裝置，當(dāng)您長(zhǎng)時(shí)間不在家或過(guò)了澆水的時(shí)間，它可以感測(cè)到您的植物是否已經(jīng)渴了。防止植物枯萎了才知道是缺水造成的。

傳感器參數(shù)：

1. 工作電壓：5V

2. 工作電流：<20mA

3. 傳感器類型：模擬輸出

4. 檢測(cè)深度：37mm

5. 工作溫度：10℃-30℃

6. 工作濕度：10%-90%無(wú)凝結(jié)

工作原理：

圖21 工作原理圖

土壤濕度傳感器是一種通過(guò)判斷土壤中水分含量的多少來(lái)判定土壤的濕度大小的傳感器。如圖所示，當(dāng)土壤濕度傳感器探頭懸空時(shí)，三極管基極處于開路狀態(tài)，三極管截止輸出為零；當(dāng)插入土壤中時(shí)由于土壤中水分含量不同，土壤的電阻值就不同，三極管的基極就提供了大小變化的導(dǎo)通電流，三極管集電極到發(fā)射極的導(dǎo)通電流受到基極控制，經(jīng)過(guò)發(fā)射極的下拉電阻后轉(zhuǎn)換成電壓。

圖22 土壤濕度傳感器檢測(cè)土壤水分含量

對(duì)于家里有養(yǎng)花草的人來(lái)說(shuō)，一旦到外地出差或者出門遠(yuǎn)游，他們會(huì)糾結(jié)一個(gè)問(wèn)題：家里的植物交給誰(shuí)來(lái)打理呢？外出期間沒(méi)有人澆水，它們很有可能會(huì)枯死。如果真的找不到別人來(lái)幫忙的話，我們可以利用Arduino控制器和土壤濕度傳感器等器件，來(lái)做一個(gè)簡(jiǎn)易自動(dòng)澆花系統(tǒng)。

4、溫度傳感器：

圖23 溫度傳感器

基于LM35半導(dǎo)體的溫度傳感器，可以用來(lái)對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行定性的檢測(cè)。LM35半導(dǎo)體溫度傳感器是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的線性溫度傳感器。其測(cè)溫范圍是-40℃到150℃，靈敏度為10mV/℃，輸出電壓與溫度成正比。LM35線性溫度傳感器與Arduino專用傳感器擴(kuò)展板結(jié)合使用，可以非常容易地實(shí)現(xiàn)與環(huán)境溫度感知相關(guān)的互動(dòng)效果。溫度測(cè)量常用的傳感器包括熱電偶，鉑電阻，熱敏電阻和半導(dǎo)體測(cè)溫芯片，其中熱電偶常用于高溫測(cè)量，鉑電阻用于中溫測(cè)量（800℃左右），而熱敏電阻和半導(dǎo)體溫度傳感器適合于100-200℃以下的溫度測(cè)量，其中半導(dǎo)體溫度傳感器的應(yīng)用簡(jiǎn)單，有較好的線性度和較高的靈敏度。

傳感器參數(shù)：

1. 在攝氏溫度下直接校準(zhǔn)

2. +10.0mV/℃的線性刻度系數(shù)

3. 確保0.5℃的精度(在25℃)

4. 額定溫度范圍為-40℃至+110℃

5. 工作電壓范圍寬,4V 至30V

6. 低功耗,小于60uA

7. 在靜止空氣中,自熱效應(yīng)低,小于0.08℃的自熱

8. 非線性僅為±1/4℃

9. 輸出阻抗，通過(guò)1mA 電流時(shí)僅為0.1Ω

圖24 溫度傳感器應(yīng)用在熱水器上

主要用于工控及物聯(lián)網(wǎng)。但它主要還是一個(gè)元件，需要和相關(guān)的LCD顯示、信號(hào)處理、MCU控制結(jié)合起來(lái)才能用在各種需要檢測(cè)溫度參數(shù)的場(chǎng)合，應(yīng)用范圍相當(dāng)?shù)膹V泛，只要是需要檢測(cè)溫度參數(shù)的（如：溫度計(jì)、溫度記錄儀、溫度報(bào)警器等等）都會(huì)用到。上圖是把溫度傳感器應(yīng)用到熱水器溫度實(shí)時(shí)顯示中。

以上就是小編為大家?guī)?lái)的幾款比較常見的模擬傳感器，你可能會(huì)問(wèn)怎么全是模擬傳感器，沒(méi)有數(shù)字傳感器呢，那么就敬請(qǐng)期待小編的下一期內(nèi)容吧！關(guān)于傳感器的更多原理和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，大家可以掃描下面視頻二維碼進(jìn)行學(xué)習(xí)。

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